Desenvolvimentos Futuros

Capítulo 6. Considerações Finais

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Capítulo 6. Considerações Finais

6.1. Conclusões

A finalização desta dissertação é feita através do corrente capítulo, onde se efetua uma análise ao trabalho desenvolvido e a alusão aos pontos mais importantes a reter.

Na presente dissertação foi estudado, numericamente, o comportamento ao fogo de vigas- coluna metálicas de secção transversal esbelta, com o objetivo de tentar aproximar as metodologias presentes nas Partes 1-1 e 1-2 do Eurocódigo 3, no que diz respeito, efetivamente, ao cálculo das secções de Classe 4.

Neste contexto foi conduzido um estudo numérico onde foi avaliado o comportamento ao fogo de vigas-coluna de Classe 4, modeladas em elementos finitos de casca, recorrendo aos programas SAFIR e Ruby, com o propósito de se elaborar um estudo paramétrico. Com este, pretendeu-se elaborar a comparação entre a metodologia a frio, Parte 1-1, adaptada para situação de incêndio, a metodologia em situação de incêndio, Parte 1-2, e os resultados obtidos pelos softwares. Uma outra comparação executada foi entre os resultados obtidos seguindo as metodologias já mencionadas, com duas propostas de calibração do fator µ, em que a primeira se refere a 𝜇𝑦, e a segunda a 𝜇𝐿𝑇, para o cálculo em situação de incêndio, no

plano e fora do plano, respetivamente.

Na modelação numérica foram apresentadas breves descrições dos softwares utilizados, SAFIR e Ruby, assim como a definição e descrição do modelo e os casos de estudo.

Através das comparações, acima referidas, entre os resultados numéricos obtidos, foi possível avaliar a precisão e a segurança das metodologias descritas no Eurocódigo 3. Para finalizar efetuou-se uma breve avaliação estatística de todos os resultados numéricos. A metodologia da Parte 1-2 do Eurocódigo 3 pode ser dividida em fora do plano e no plano. Deste modo, para termos de comparação, foi efetuado o mesmo procedimento na metodologia presente na Parte 1-1 adaptada para situação de incêndio. Uma vez que esta última não se dividia em fora do plano e no plano, como as formulações para elevadas temperaturas, foi necessário adaptar as fórmulas aos comportamentos em questão.

Comportamento ao Fogo de Vigas-coluna Metálicas de Secção Transversal Esbelta

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Quanto à análise dos resultados numéricos para o comportamento no plano, concluiu-se que a curvas de interação pertencentes à EN1993-1-1 + Temperatura e EN1993-1-2 assemelham- se apenas para momentos fletores uniformes e para distribuições de momentos. Para os casos sujeitos a uma distribuição de momentos fletores triangular (ψ = 0) e bi-triangular (ψ = -1), provou-se que as curvas de interação, de ambas as partes do Eurocódigo 3, não se adaptam muito bem, pois levam a inúmeros resultados não seguros. No entanto, a curva de interação pertencente à equação (31) é a que está mais próxima de se adaptar aos resultados numéricos. Ainda na análise de vigas-coluna restringidas lateralmente, concluiu-se que a precisão e consistência da metodologia do Eurocódigo 3 contida na Parte 1-2 é comprometida devido à encurvadura local e ao facto da metodologia ter sido desenvolvida para elementos de Classe 1. No que diz respeito à metodologia da Parte 1-1 do Eurocódigo 3 adaptada para situação de incêndio, verificou-se que esta apresenta uma maior quantidade de resultados seguros, comparando com a Parte 1-2.

Uma vez que a encurvadura limitava a capacidade de resistência da viga-coluna, procedeu- se à alteração do limite do fator μ_𝑦, de 0.9 para 0.2, no cálculo em situação de incêndio. Concluiu-se que esta modificação previa melhor a capacidade do elemento e levava a um aumento da segurança e precisão da Parte 1-2 do Eurocódigo 3. Verificou-se ainda, que esta alteração na formulação para a situação de incêndio levava a uma aproximação entre os resultados da mesma e os resultados da formulação para a temperatura ambiente.

Já na análise dos resultados numéricos para o comportamento fora do plano, concluiu-se que a curvas de interação pertencentes à EN1993-1-1 + Temperatura e EN1993-1-2 são praticamente idênticas em todos os casos, independentemente das condições a que a viga- coluna esteja sujeita, no que diz respeito à distribuição de momentos fletores.

De acordo com os restantes resultados numéricos para o comportamento fora do plano, concluiu-se que a metodologia presente no Eurocódigo 3 é demasiado conservativa, tanto a da Parte 1-1 adaptada para situação de incêndio como a da Parte 1-2. Estes resultados demonstram que este comportamento, a formulação para a situação de incêndio e a formulação para a temperatura ambiente apresentam resultados relativamente semelhantes. Porém, é necessário que essas formulações não sejam tão conservativas, uma vez que levam a estruturas pouco económicas.

Capítulo 6. Considerações Finais

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Sendo assim, procedeu-se à alteração do fator μ_𝐿𝑇, no que diz respeito ao cálculo em situação de incêndio. Concluiu-se que esta modificação levava a um aumento de resultados não seguros e da precisão da metodologia contida na Parte 1-2 do Eurocódigo 3.

6.2. Desenvolvimentos Futuros

Após o desenvolvimento desta dissertação e de maneira a dar continuidade à mesma, são agora propostos alguns trabalhos/estudos para que se sejam efetuadas melhorias a nível do comportamento ao fogo destes elementos.

Uma vez obtidos os resultados presentes nesta dissertação, propõe-se melhorar as expressões do Eurocódigo 3, tanto as que apresentam resultados demasiado conservativos, como as que fornecem resultados fora da segurança. No que diz respeito às calibrações dos fatores propostas, um estudo mais aprofundado também deve ser feito a nível das mesmas. Isto porque, apesar de se verificar uma evolução através da sua utilização, depara-se com resultados que ainda não estão ótimos, o que leva à necessidade de se efetuar algumas melhorias.

Finalmente, os resultados obtidos na presente dissertação foram baseados em estudos numéricos, computacionais, com base em métodos de elementos finitos. Apesar de validades, estes podem, por vezes, não reproduzir fielmente o comportamento da estrutura devido à variação de alguns fatores que influenciam o comportamento estrutural, imperfeições e tensões residuais. Como tal, devem ser desenvolvidos estudos experimentais de maneira a reduzir o comportamento real da estrutura e o obtido através das simulações numéricas, o que leva à elaboração de comparações entre estes resultados com as metodologias do Eurocódigo 3 e as restantes propostas.

Referências

Bibliográficas

Referências Bibliográficas

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Referências Bibliográficas

Almeida, P. (2012). Dimensionamento de Estruturas Metálicas Segundo o Eurocódigo 3. Análise Comparativa entre Diversas Concepções Estruturais para Edifícios Industriais. Universidade Fernando Pessoa.

Boissonnade, N., Greiner, R., & Jaspart, J.-P. (2006). Rules for Member Stability in EN1993-1-1 Background documentation and design guidelines.

Boissonnade, N., Jaspart, J.-P., Muzeau, J.-P., & Villete, M. (2002). Improvement of the interaction formulae for beam columns in Eurocode 3, "Comput Struct., vol. 80, no. 27-30, pp 2375-2385, Nov.

CEA. (2012). Cast3M is a research FEM environment, its development is sponsored by the French Atomatic Energy Comission <http://www-cast3m.cea.fr/>.

CEN, E. C. for S. (2005a). EN 1993-1-1, Eurocode 3, Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings.

CEN, E. C. for S. (2005b). EN 1993-1-2, Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-2: General rules - Structural fure design.

CEN, E. C. for S. (2012). EN 1993-1-5, Eurocode 3, Design of steel structures - Part 1-5: Plates structural elements.

Couto, C. (2011). Estabilidade de Pórticos Metálicos em Situação de Incêndio. Universidade de Coimbra.

Couto, C. (2015). Fire design of steel members with class 4 cross-section. Universidade de Aveiro.

Couto, C., Sanzel, A., Vila Real, P. M. M., Lopes, N., & Zhao, B. (2016). Beam-columns with thin wall cross-sections in case of fire.

Couto, C., Vila Real, P. M. M., Lopes, N. (2013). RUBY na interface software for running a buckling analysis of SAFIR models using Cast3M. Universidade de Aveiro.

Couto, C., Vila Real, P. M. M., Lopes, N., & Zhao, B. (2014). A New Design Method to Take Into Account the Local Buckling of Steel Cross-Sections at Elevated Temperatures.

Comportamento ao Fogo de Vigas-coluna Metálicas de Secção Transversal Esbelta

102 Ana Rita Gomes Pereira

Couto, C., Vila Real, P. M. M., Lopes, N., & Zhao, B. (2016). Local Buckling in Laterally Restrained Steel Beam-Columns in Case of Fire.

FIDESC4. (2014). Fire Design of Steel Members with Welded or Hot-Rolled Class 4 Cross- Section.

Franssen, J. (2011). User´s Manual For SAFIR 2011 - A Computer Program For Analysis of Structures Subjected to Fire.

Franssen, J., Zhao, B., & Gernay, T. (2014). Experimental tests and numerical modelling on eight slender steel columns under increasing temperature.

Franssen, J.-M., & SAFIR, A. (2005). Thermal/Structural Program Modelling Structures under Fire.

Gamelas, P. (2014). Vigas em Aço Inoxidável com Seções em I de Classe 4 ao Fogo. Greiner, R. (2001). Background information on the beam-column interaction formulae at Level 1. Report #TC8-2001-002.

Knobloch, M., Fontana, M., & Frangi, A. (2008). Steel beam-columns subjected to fire. Lopes, N. (2009). Behaviour of stainless steel structures in case os fire.

Lopes, N., Simões da Silva, L., Vila Real, P. M. M., & Piloto, P. (2004). New proposals for the design of steel beam-columns in case of fire, including a new approach for the lateral- torsional buckling.

Pinto, A. (2010). Estabilidade local de perfis de aço enformados a frio. IST, Universidade Técnica de Lisboa.

Reis, A., & Camotim, D. (2000). Estabilidade Estrutural. Mc Graw-Hill.

Simões da Silva, L., & Gervásio, H. (2007). Manual de Dimensionamento de Estruturas Metálicas: Métodos Avançados. Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de Aço.

Simões da Silva, L., Gervásio, H., & Simões, R. (2010). Design of steel structures. Eurocode 3: Design of steel structures, Part 1-1 - General rules and rules for buildings".

Simões, R. A. D. (2005). Manual de Dimensionamento de Estruturas Metálicas . Eurocódigo 3: Projecto de Estruturas de Aço.

Referências Bibliográficas

Ana Rita Gomes Pereira 103

Sousa, A. (2015). Resistência ao fogo de colunas tubulares em aço inoxidável. Universidade de Aveiro.

Talamona, D. (1995). Flambement de poteaux métalliques sous charge excentrée à haute temperature.

Talamona, D., & Franssen, J. (1997). Stability of steel columns in case of fire: numerical modeling.

Talamona, D., & Franssen, J.-M. (2005). A Quadrangular Shell Finite Element for Concrete and Steel Structures to Fire.

Vila Real, P. M. M. (2010a). "Encurvadura de placas - Encurvadura Lateral". Apontamentos da unidade curricular Complementos de Construção Metálica e Mista - 5º Ano, Engenharia Civil, Universidade de Aveiro

Vila Real, P. M. M. (2010b). "Encurvadura de placas - Enfunamento". Apontamentos da unidade curricular Complementos de Construção Metálica e Mista - 5º Ano, Engenharia Civil, Universidade de Aveiro

Vila Real, P. M. M. (2015). "Secções de Classe 4". Apontamentos da unidade curricular Construções Metálicas - 4º Ano, Engenharia Civil, Universidade de Aveiro

Vila Real, P. M. M., Lopes, N., Simões da Silva, L., Piloto, P., & Franssen, J.-M. (2003). Towards a consistant safety format of steel beam-columns: application of the new interaction formulae for ambient temperature to elevated temperatures.

Vila Real, P. M. M., Lopes, N., Simões da Silva, L., Piloto, P., & Franssen, J.-M. (2004). Numerical modelling of steel beam-columns in case of fire-comparisons with Eurocode 3. Vindima, P. (2012). Estabilidade em vigas metálicas: Cálculo de momentos críticos. Universidade Nova de Lisboa.